EC笔记：第三部分：14、在资源管理类中小心Copying行为

1. 场景

上一节实现了智能指针，其中的拷贝构造函数和赋值运算符是通过增加/减少指针的引用计数来操作的。但是如果是管理一个独占资源呢？我们希望在一个资源使用时被锁定，在使用完毕后被释放。

#include <mutex>

#include <thread>

#include <iostream>

using
namespace std;

mutex mu;

int rc=5;

void
thread1(){

//mu.lock();

rc+=5;

cout<<"thread1:"<<rc<<endl;

//mu.unlock();

}

void
thread2(){

//mu.lock();

rc-=5;

cout<<"thread2:"<<rc<<endl;

//mu.unlock();

}

int
main(){

thread th1(thread1);

thread th2(thread2);

th1.join();

th2.join();

}

在这里，我先把互斥代码去掉，编译运行后的结果是：

C:\Users\SkyFire\Desktop>g++ temp.cpp -std=c++11

C:\Users\SkyFire\Desktop>a

thread1:thread2:510

C:\Users\SkyFire\Desktop>a

thread1:thread2:105

C:\Users\SkyFire\Desktop>a

thread1:thread2:105

C:\Users\SkyFire\Desktop>a

thread1:thread2:510

每次的结果都不确定，因为没加互斥。

那么，把互斥加上：

#include <mutex>

#include <thread>

#include <iostream>

using
namespace std;

mutex mu;

int rc=5;

void
thread1(){

mu.lock();

rc+=5;

cout<<"thread1:"<<rc<<endl;

mu.unlock();

}

void
thread2(){

mu.lock();

rc-=5;

cout<<"thread2:"<<rc<<endl;

mu.unlock();

}

int
main(){

thread th1(thread1);

thread th2(thread2);

th1.join();

th2.join();

}

编译运行的结果是：

C:\Users\SkyFire\Desktop>g++ temp.cpp -std=c++11

C:\Users\SkyFire\Desktop>a

thread1:10

thread2:5

C:\Users\SkyFire\Desktop>a

thread1:10

thread2:5

C:\Users\SkyFire\Desktop>a

thread1:10

thread2:5

但是某些时候，我们可能会将unlock的动作漏写（百密一疏），如下面这种：

#include <mutex>

#include <thread>

#include <iostream>

using
namespace std;

mutex mu;

int rc=5;

void
thread1(){

mu.lock();

rc+=5;

cout<<"thread1:"<<rc<<endl;

//mu.unlock();

}

void
thread2(){

mu.lock();

rc-=5;

cout<<"thread2:"<<rc<<endl;

mu.unlock();

}

int
main(){

thread th1(thread1);

thread th2(thread2);

th1.join();

th2.join();

}

这样的结果就是thread2里面的语句一直得不到执行，程序死锁。

编译运行：

C:\Users\SkyFire\Desktop>g++ temp.cpp -std=c++11

C:\Users\SkyFire\Desktop>a

thread1:10

^C

C:\Users\SkyFire\Desktop>

可以看到，thread2一直没有执行，后面的^C是我使用Ctrl+C中断的结果。

为了避免这种情况，我们使用资源管理类。

1. 简单的实现

一个简单的实现：

class AutoMutex{

private:

mutex &mu;

public:

AutoMutex(mutex &t):mu(t){

mu.lock();

}

~AutoMutex(){

mu.unlock();

}

};

这个类在构造的时候会将一个互斥量锁定，而在析构时会释放掉这个互斥量。乍一看好像没什么问题。事实上，在"正常的"情况下，这段代码可以工作的很好。

mutex mu;

void
mythread(){

AutoMutex t(mu);

cout<<"hello world"<<endl;

}

int
main(){

for(int i=0;i<10;++i)

thread(mythread).detach();

system("pause");

}

输出：

C:\Users\SkyFire\Desktop>g++ temp.cpp -std=c++11

C:\Users\SkyFire\Desktop>a

hello world

hello world

hello world

hello world

hello world

hello world

hello world

hello world

hello world

hello world

请按任意键继续. . .

1. 问题

但是，如果出现一些比较调皮的程序员（暂定为小明吧）。

调皮的小明写出了如下的代码：

mutex mu;

mutex mu2;

void
mythread(){

AutoMutex t(mu);

AutoMutex t2(mu2);

t2=t;

cout<<"hello world"<<endl;

}

int
main(){

for(int i=0;i<10;++i)

thread(mythread).detach();

system("pause");

}

这TM就尴尬了……小明将管理了两个不同的mutex的对象相互赋值了。不过还好，这段代码是编译不通过的（小明的奸计未能得逞）。因为mutex类是不允许复制的，他的赋值运算符是删除的。（假设mutex可以复制，会产生什么？）

而且，管理两个mutex的对象的赋值没有任何意义，这个对象就是创建与销毁，并没有其他任何作用，所以，对于这个类，只要简单地把拷贝构造函数和赋值运算符屏蔽就好了：

class AutoMutex{

private:

const AutoMutex&
operator=(const AutoMutex&)=delete;

AutoMutex(const AutoMutex&)=delete;

mutex &mu;

public:

AutoMutex(mutex &t):mu(t){

mu.lock();

}

~AutoMutex(){

mu.unlock();

}

};

为了应对本宝宝的机智，小明又写出下面这段代码：

mutex mu;

void
mythread(){

AutoMutex t(mu);

AutoMutex t2(mu);

cout<<"hello world"<<endl;

}

int
main(){

for(int i=0;i<10;++i)

thread(mythread).detach();

system("pause");

}

不得不说，小明是很奸诈的~~~

一个互斥锁，对于一个线程来说，只有获取和没获取两种状态，而不存在获取两次这种状态。而不存在什么获取多次什么的状态。

我们先看一下，对于mutex，获取多次是个什么结果：

mutex mu;

void
mythread(){

mu.lock();

mu.lock();

cout<<"hello world"<<endl;

mu.unlock();

mu.unlock();

}

int
main(){

for(int i=0;i<10;++i)

thread(mythread).detach();

system("pause");

}

运行结果：

C:\Users\SkyFire\Desktop>g++ temp.cpp -std=c++11

C:\Users\SkyFire\Desktop>a

请按任意键继续. . .

既然mutex本身就是这么设计的，我们还是不改的好~~~

猜想mutex这样设计是为了提供PV锁机制：

下面这段代码，不加任何互斥：

int
main(){

cout<<1<<endl;

thread([](){cout<<3<<endl;}).detach();

cout<<2<<endl;

thread([](){cout<<4<<endl;}).detach();

cout<<5<<endl;

}

输出结果为：

C:\Users\SkyFire\Desktop>g++ temp.cpp -std=c++11

C:\Users\SkyFire\Desktop>a

1

3

2

54

完全没有顺序可言，但是如果加上一些互斥。

mutex mu;

int
main(){

cout<<1<<endl;

thread([](){cout<<3<<endl;mu.unlock();}).detach();

mu.lock();

cout<<2<<endl;

mu.lock();

thread([](){cout<<4<<endl;mu.unlock();}).detach();

mu.lock();

cout<<5<<endl;

mu.unlock();

}

此时的输出结果为：

C:\Users\SkyFire\Desktop>g++ temp.cpp -std=c++11

C:\Users\SkyFire\Desktop>a

1

2

3

4

5

Perfect！！！

这正是mutex为我们提供的特性，既然我们是管理mutex，我们就不该破坏这种特性。

于是~~~上面全是小明的错^_^。

这里实现的只是对mutex对象的管理，采用了禁止拷贝的方式，但是对其他对象的管理就不一定了，要根据对象的特性灵活管理。

常见的拷贝行为有：禁止拷贝（例如本类）、引用计数（例如上节的智能指针），但是要记住，如果实现了拷贝，一定要将所有元素全部拷贝。